原创

Binary Semaphore 和 Reentrant Lock 傻傻分不清!

1. 引言

在本教程中,我们将探讨二进制信号量(Binary Semaphore)和可重入锁(Reentrant Lock)。另外,我们会将它们相互比较,看看哪一个最适合常见情况。

2. 什么是二进制信号量

二进制信号量在单个资源的访问上提供信令机制。换句话说,二进制信号量提供了一种互斥机制,一次只允许一个线程访问一个关键部分。它只保留一个通行证,因此二进制信号量只有两种状态:可用(count=1) 和不可用(count=0)。

我们使用Java中的 Semaphore 类来讨论一个简单的二进制信号量的实现 :

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1);
try {
    binarySemaphore.acquire();
    assertEquals(0, binarySemaphore.availablePermits());
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    binarySemaphore.release();
    assertEquals(1, binarySemaphore.availablePermits());
}

在这里,我们可以观察到,acquire方法将可用许可减少了一个。类似地,release方法将可用许可增加1。

另外,Semaphore 类提供了 fairness 参数。当设置为true时,fairness 参数确保请求线程获取许可的顺序(基于它们的等待时间):

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1, true);

3. 什么是重入锁?

可重入锁是一种互斥机制,允许线程在没有死锁的情况下(多次)重入资源上的锁。

进入锁的线程每次增加一个持有计数。类似地,请求解锁时持有计数减少。因此,资源被锁定,直到计数器返回到零
例如,让我们看一个使用Java中 ReentrantLock 类的简单实现:

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
try {
    reentrantLock.lock();
    assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount());
    assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());
} finally {
    reentrantLock.unlock();
    assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount());
    assertEquals(false, reentrantLock.isLocked());
}

这里,lock方法将持有计数增加1,并锁定资源。类似地,unlock方法减少持有计数,如果持有计数为零,则解锁资源。
当线程重新进入锁时,它必须请求相同次数的解锁以释放资源:

reentrantLock.lock();
reentrantLock.lock();
assertEquals(2, reentrantLock.getHoldCount());
assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());

reentrantLock.unlock();
assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount());
assertEquals(true, reentrantLock.isLocked());

reentrantLock.unlock();
assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount());
assertEquals(false, reentrantLock.isLocked());

Semaphore类类似,ReentrantLock类也支持 fairness 参数:

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);

4. 二进制信号量与重入锁

4.1. 机制

二进制信号量是一种信令机制,而可重入锁是一种锁定机制。

4.2.所有权

没有线程是二进制信号量的所有者。但是,成功锁定资源的最后一个线程是可重入锁的所有者。

4.3. 本质

二进制信号量本质上是不可重入的,这意味着同一个线程不能重新获取关键部分,否则会导致死锁。
另一方面,可重入锁本质上允许同一线程多次重入锁。

4.4. 灵活性

二进制信号量通过允许锁定机制和死锁恢复的自定义实现,提供了更高级别的同步机制。因此,它为开发人员提供了更多的控制。
然而,可重入锁则是一种低级同步,具有固定的锁机制。

4.5. 可修改性

二进制信号量支持 wait 和 signal(在Java的Semaphore类中获取和释放)等操作,以允许任何进程修改可用的许可证。
另一方面,只有锁定/解锁资源的同一线程才能修改可重入锁。

4.6. 死锁恢复

二进制信号量提供了一种非所有权释放机制。因此,任何线程都可以释放二进制信号量的死锁恢复许可。

相反,在重入锁的情况下很难实现死锁恢复。例如,如果可重入锁的所有者线程进入睡眠或无限等待状态,就不可能释放资源,从而导致死锁情况。

5. 总结

在这篇短文中,我们探讨了二进制信号量和可重入锁。

首先,我们讨论了二进制信号量和可重入锁的基本定义,以及Java中的基本实现。然后,我们根据机制、所有权和灵活性等参数对它们进行了比较。

我们可以肯定地得出结论二进制信号量为互斥提供了一种基于非所有权的信令机制。同时,它还可以进一步扩展,以提供锁定功能和容易的死锁恢复。

另一方面,可重入锁提供了具有基于所有者的锁定功能的可重入互斥,作为简单的互斥锁非常有用。

正文到此结束